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FLUENT加热器模型相似试验模拟

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正文共: 769字 5图     预计阅读时间: 2分钟

1 前言

基于相似原理开展模型试验是装备开发的一个非常高效、经济的手段,之前我们做过一个换热器相似原理的模拟。彼时提到采用原型尺寸,换其他介质开展试验是不现实的,因为要同时满足一次侧和二次侧都要相似。但是,当有一侧不是采用流体介质时,问题就简单多了。今天,我们继续探讨一下这个问题,只有一侧是流体,另一侧为加热壁面,加热壁面分别考虑第一类边界条件(恒温)和第二类边界条件(恒热流密度)。

2 建模与网格

我们创建如下的二维加热器,长度1.0m,流道宽40mm,忽略壁厚的影响。划分四边形结构化网格,节点数5250,最小正交质量1.0。

3 求解与讨论

3.1第一类边界条件原型
假设加热器的性能是按下列参数设置的计算结果,物性参数是基于定性温度的值(进出口平均温度)。注意由于雷诺数很小,按层流计算。
3.2 第一类边界条件模型
假设由于某种原因,无法采用原型的高温壁面开展试验,但是尺寸不缩放。假设有如下的介质,恰好很好地满足普朗特数相似。这种其实是很难的,因为物性参数本身就与温度相关,因此需要找到定性温度下的普朗特数和原型基本相等的介质。而雷诺数相似却较好实现,因为只需要调整流速即可。可用看到,雷诺数和普朗特数一致,则加热器的努塞尔数和阻力系数都相似,说明第一类边界条件下,原型和模型相似。
3.3 第二类边界条件原型
接下来,我们将第一类边界条件改为第二类边界条件,原型计算结果如下。
3.4 第二类边界条件模型
同样地,我们将模型的壁面边界条件改为第二类边界条件,结果如下,可用看出模型和原型的阻力系数和努塞尔数都相似,说明模型和原型是相似的。
需要指出的是,案例的物性参数都是虚构的,理想化的,实际上物性参数随温度变化,模型和原型在雷诺数和普朗特数一定是有偏差的,但是只要相差不是很大,也认为是具有工程实用价值的。
参考文献
[1]杨世铭, 陶文铨. 传热学(第四版).

来源:仿真与工程
Fluent试验
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首次发布时间:2024-09-29
最近编辑:2小时前
余花生
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Workbench mesh模块划分结构化网格

正文共: 1243字 13图 预计阅读时间: 4分钟1 前言 结构化网格所有内部节点都具有毗邻的单元,网格节点排列有序、相邻节点之间的关系非常明确。结构化网格通常具有较好的网格质量,计算精度和效率也相对较高。结构化网格在处理相对简单的结构时优势明显,但是应对复杂的结构就比较困难了,有时候反而采用非结构化网格是更为合适的选择。初学CFD的读者建议强化对结构化网格划分的训练,而不要一上来就用前处理软件划分非结构化网格,在CFD界,倘若你善于用结构化网格应对各种问题,那么就可以显现出一个高手的姿态了。 ICEM CFD在处理结构化网格时具有非常强大的优势,相信很多初学CFD的读者都会从该软件入手,可以这么说,如果精通了ICEM CFD,在网格划分工作中可以横着走,傲视群雄了。但是,也不是说只能采用它来划分结构化网格。所谓结构化网格划分,可以这么理解,采用有限数量的四边形(二维)或者六面体(三维)去填充需要离散化的几何模型,其中正方形或者正方体的数量占总数量的比重越高,网格质量越好。由此可以看出,几何模型本身越接近正方形或者正方体,结构化网格划分越容易。但是实际的几何模型通常都会偏离这些理想的形状,特别出现相切的几何关系时,结构化网格就会面临挑战,此处的网格质量通常较其他地方低。将完美的四边形或者六面体进行切分,使其最终能在最小的变形下映射到几何模型上,就获得了高质量结构化网格。注意的是,不管怎么切分,所有的小单元都是四边形或者六面体。 今天我们在workbench的mesh模块进行结构化网格划分演示。2 案例演示 对如下的对称几何模型划分结构化网格。 经过分析,我们建立如下的切分思路,用图示的7个六面体块来填充,如何切分块是六面体网格划分的核心,只有经过大量的练习,积累了大量经验,方可得心应手。实际上,块的切分方式也并不是唯一的。 接下来我们在workbench的mesh模块进行网格划分,注意,建模平台有DS和spaceclaim,我们选择后者,DS在操作起来显得笨拙,但是其特有的多体部件功能却很有用,不过spaceclaim也可以间接实现该功能。 我们在模型顶部创建如下的草图,亦即切分工具创建。 退出草图,此时我们可以看到顶部面已被切分。 接下来,我们点选下面的线体,也就是刚刚创建的切分工具,选择cut选项,然后垂直向下拉升,不得不说spaceclaim这个功能是很诱人的。 此时,我们可以看到,原先一个部件被切分成了7个。 接下来一步很重要,我们选择这7个部件,放入新的组件中 此时,这7个部分共处于一个总部件下。 然后,我们选择workbench的share进行拓扑共享。 完成上面一步后,此时的部件就相当于DS平台中的多体部件了。 接下来就可以进行网格划分了,直接就可以生成结构化网格,调整大小即可。这里需要特别强调的是,上面的share共享拓扑一定不能忘了,否则就不是多体部件了,而是7个计算子域,Connection会自动生成接触面,也就是CFD中的interface,网格是非连续性的。 最终生成网格如下,可以看出,网格质量还是挺好的。来源:仿真与工程

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